JP5892880B2 - Rotary machine seal structure and rotary machine - Google Patents

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本発明は、回転機械のシール構造及び回転機械に係り、特に、蒸気タービンなどの回転機械において、漏れ防止のため回転部と静止部の間に設置されるシール構造に関する。   The present invention relates to a rotary machine seal structure and a rotary machine, and more particularly to a seal structure installed between a rotary part and a stationary part in a rotary machine such as a steam turbine to prevent leakage.

蒸気タービンでは、蒸気を効率よく使用するために、回転部と固定部との間(例えばロータと静翼との間)に設けられるクリアランスからの蒸気の漏れをできるだけ少なくするように、回転部と固定部との間に設けられるシール装置の性能を向上することが要求されている。漏れ低減の要求に対応するため、従来、ロータなどの回転部と静翼などの固定部との間に、シールフィン(ラビリンスシール)を有するラビリンスシール装置を備えることが広く用いられている。   In the steam turbine, in order to use steam efficiently, the rotating part and the rotating part are arranged so as to minimize the leakage of steam from the clearance provided between the rotating part and the fixed part (for example, between the rotor and the stationary blade). It is required to improve the performance of the sealing device provided between the fixed portion. In order to meet the demand for leakage reduction, it has been widely used to provide a labyrinth seal device having a seal fin (labyrinth seal) between a rotating part such as a rotor and a fixed part such as a stationary blade.

このようなラビリンスシール装置では、例えば特許文献1に記載のように、ラビリンスシールを半径方向に移動可能として、回転体との接触を起こしやすい起動時には、ラビリンスシールを回転体から遠ざけてラビリンスシール先端の隙間を大きくし、定常運転状態ではラビリンスシールを回転体に近づけてラビリンスシール先端の隙間をできるだけ小さくなるようにして、定常運転状態における漏洩損失の防止を図り、かつ起動時におけるラビリンスシール自体の摩耗も防止する技術が提案されている。   In such a labyrinth seal device, for example, as described in Patent Document 1, the labyrinth seal can be moved in the radial direction, and at the time of start-up that easily causes contact with the rotating body, the labyrinth seal is moved away from the rotating body and the tip of the labyrinth seal In the steady operation state, the labyrinth seal is moved closer to the rotating body so that the clearance at the tip of the labyrinth seal is made as small as possible to prevent leakage loss in the steady operation state, and the labyrinth seal itself Techniques for preventing wear have also been proposed.

特表2003−521657号公報Special table 2003-521657 gazette

特許文献1では、ラビリンスシールを半径方向に移動可能とするため、ラビリンスシールは複数の円弧状シール片で構成されている。そして、これらのシール片は、バネによりラビリンスシールを回転体から遠ざける方向(半径方向外方)に付勢されている。また、シール片の外周面側に加圧室が形成され、加圧室には上流側の蒸気が供給されるように構成されている。起動時には、加圧室に供給される蒸気が高圧となっていないため、バネの力によりラビリンスシールが回転体から間隔を置いた状態に保たれる。定常運転時には、蒸気は起動時と比べ高圧となるため、加圧室内部は高圧状態となり、シール片に加えられる回転体方向への力がバネの付勢力に打ち勝ち、シール片は回転体へ近づく方向に移動し、回転体とラビリンスシールとの間に小さいクリアランスが確立する。   In Patent Document 1, the labyrinth seal is composed of a plurality of arc-shaped seal pieces so that the labyrinth seal can be moved in the radial direction. And these seal pieces are urged | biased in the direction (radial direction outward) which moves a labyrinth seal away from a rotary body with a spring. In addition, a pressurizing chamber is formed on the outer peripheral surface side of the seal piece, and the upstream steam is supplied to the pressurizing chamber. At the time of start-up, since the steam supplied to the pressurizing chamber is not at a high pressure, the labyrinth seal is kept spaced from the rotating body by the force of the spring. During steady operation, steam is at a higher pressure than at startup, so the inside of the pressurization chamber is in a high pressure state, the force in the direction of the rotating body applied to the seal piece overcomes the urging force of the spring, and the seal piece approaches the rotating body. Moving in the direction and a small clearance is established between the rotating body and the labyrinth seal.

蒸気タービンの起動の際、シール片の動作は、加圧室内部の圧力とバネ力とのバランスにより定まる。そして、加圧室内部の圧力は、上流側の蒸気圧力、即ち、蒸気タービンの運転状態により定まる。シール片の安定した動作を得るには、シール片の摺動部における隙間の設定が重要となる。   When the steam turbine is started, the operation of the seal piece is determined by the balance between the pressure in the pressurizing chamber and the spring force. The pressure in the pressurized chamber is determined by the upstream steam pressure, that is, the operating state of the steam turbine. In order to obtain a stable operation of the seal piece, it is important to set a gap in the sliding portion of the seal piece.

シール片の摺動部における隙間を小さくして、加圧室に供給された蒸気が、隙間を介して、加圧室から回転体側へ漏れる量が殆どなくなるようにすると、起動時には、不均一温度分布が生じ、各部に不均一な熱膨張を生じやすいので、摺動部にかじりが生じてシール片の動作が不安定になる恐れがある。最悪の場合、焼付きを生じ、これによりシール片の動作が不能になる事態もあり得る。一方、シール片の摺動部における隙間が大きいと、蒸気の漏れにより加圧室内部の圧力が低下し、設定蒸気圧力ではシール片が動作しない恐れがある。即ち、シール片の安定した動作と動作タイミングを確保することが難しくなる。 なお、特許文献1では、固定部側にシールフィンを設け、回転体側にシールフィン対向部を設けているが、回転体側にシールフィンを設け、固定部側にシールフィン対向部を設け、シールフィン対向部を半径方向に移動可能にした場合でも同様の課題が生じる。   If the gap in the sliding part of the seal piece is made small so that the amount of vapor supplied to the pressurizing chamber leaks from the pressurizing chamber to the rotating body through the gap, the non-uniform temperature during startup Since the distribution occurs and non-uniform thermal expansion is likely to occur in each part, the sliding part may become galling and the operation of the seal piece may become unstable. In the worst case, seizure may occur, which may make it impossible to operate the seal piece. On the other hand, if the gap in the sliding portion of the seal piece is large, the pressure inside the pressurizing chamber decreases due to the leakage of steam, and the seal piece may not operate at the set steam pressure. That is, it is difficult to ensure stable operation and operation timing of the seal piece. In Patent Document 1, a seal fin is provided on the fixed part side and a seal fin facing part is provided on the rotating body side. However, a seal fin is provided on the rotating body side, a seal fin facing part is provided on the fixed part side, and the seal fin is provided. A similar problem occurs even when the facing portion is movable in the radial direction.

本発明は、回転機械の作動流体圧力とバネ力を利用して回転機械の運転状態に応じてシールフィンを半径方向に移動可能にした回転機械のシール構造において、シールフィン又はシールフィン対向部の半径方向移動を安定して行わせることが可能な回転機械のシール構造を提供することを目的とする。   The present invention relates to a seal structure of a rotary machine in which the seal fin is movable in the radial direction according to the operating state of the rotary machine using the working fluid pressure and the spring force of the rotary machine. An object of the present invention is to provide a sealing structure for a rotary machine that can stably move in the radial direction.

本発明は、前記課題を解決するため、周方向に分割されたシールフィン又はシールフィン対向部を、回転機械の作動流体圧力とバネ力を利用して、回転機械の運転状態に応じて半径方向に移動可能にした回転機械のシール構造において、内部に作動流体が供給され、シールフィン又はシールフィン対向部が設けられたシール基板を保持するホルダを回転機械の固定部側に設け、ホルダとシール基板とに間に周方向に延びるように設けられ、押圧されたときにホルダ及びシール基板のそれぞれとの周方向の接触長さが増えるように構成された弾性体を備え、この周方向に延びる弾性体の位置決めを行う保持部をホルダ又はシール基板に設けたことを特徴とする。   In order to solve the above-mentioned problems, the present invention uses a seal fin or seal fin facing portion divided in the circumferential direction in the radial direction according to the operating state of the rotating machine using the working fluid pressure and the spring force of the rotating machine. In the sealing structure of a rotating machine that is movable to the rotating machine, a holder is provided on the fixed part side of the rotating machine, in which a working fluid is supplied and a seal substrate provided with a seal fin or a seal fin facing part is provided. An elastic body provided between the substrate and the substrate so as to extend in the circumferential direction and configured to increase the contact length in the circumferential direction with each of the holder and the seal substrate when pressed, and extends in the circumferential direction. A holding portion for positioning the elastic body is provided on the holder or the seal substrate.

本発明によれば、シールフィン又はシールフィン対向部を半径方向に安定して移動させることができる。   According to the present invention, the seal fin or the seal fin opposing portion can be stably moved in the radial direction.

上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。   Problems, configurations, and effects other than those described above will be clarified by the following description of embodiments.

本発明の実施形態に係る蒸気タービンの構成図である。It is a block diagram of the steam turbine which concerns on embodiment of this invention. 図1におけるX部拡大図である。It is the X section enlarged view in FIG. 図2のロータ軸方向から見たハイロー型のラビリンスシール装置の概略図である。It is the schematic of the high / low type labyrinth seal device seen from the rotor axial direction of FIG. 図3aにおけるY部(周方向分割部)の拡大概略図である。It is the expansion schematic of the Y section (circumferential division | segmentation part) in FIG. 3a. ハイロー型のラビリンスシール装置において摺動部の隙間が小さい場合の状態を説明する図である。It is a figure explaining a state in case the clearance gap of a sliding part is small in a high / low type labyrinth seal device. ハイロー型のラビリンスシール装置において摺動部の隙間が大きい場合の蒸気漏れを説明する図である。It is a figure explaining vapor | steam leakage when the clearance gap between sliding parts is large in a high / low type labyrinth seal device. 本発明の一実施例にかかるラビリンスシール装置を示す図であって、起動時初期の状態を説明する図である。It is a figure which shows the labyrinth seal device concerning one Example of this invention, Comprising: It is a figure explaining the initial state at the time of starting. 本発明の一実施例にかかるラビリンスシール装置を示す図であって、起動時後半の状態を説明する図である。It is a figure which shows the labyrinth seal device concerning one Example of this invention, Comprising: It is a figure explaining the state of the latter half at the time of starting. 本発明の一実施例にかかるラビリンスシール装置を示す図であって、蒸気通路口の位置をホルダとシール基板の間に配置した実施形態を示す図である。It is a figure which shows the labyrinth seal apparatus concerning one Example of this invention, Comprising: It is a figure which shows embodiment which has arrange | positioned the position of the vapor | steam passage opening between the holder and the seal substrate. 本発明の一実施例にかかるラビリンスシール装置を示す図であって、シール基板上に溝と弾性体が備わる実施形態を示す図である。It is a figure which shows the labyrinth sealing device concerning one Example of this invention, Comprising: It is a figure which shows embodiment which equips a sealing substrate with a groove | channel and an elastic body. 本発明の一実施例にかかるラビリンスシール装置を示す図であって、位置決めフランジ上へ溝と弾性体を複数配した実施形態を示す図である。It is a figure which shows the labyrinth seal apparatus concerning one Example of this invention, Comprising: It is a figure which shows embodiment which distribute | arranged multiple the groove | channels and the elastic body on the positioning flange. 本発明の一実施例にかかるラビリンスシール装置を示す図であって、溝と弾性体をシール基板上へ複数配した実施形態を示す図である。It is a figure which shows the labyrinth sealing device concerning one Example of this invention, Comprising: It is a figure which shows embodiment which distribute | arranged multiple the groove | channel and the elastic body on the sealing substrate. 本発明の一実施例にかかるラビリンスシール装置を示す図であって、シールフィンをシール基板上へ複数配した実施形態を示す図である。It is a figure which shows the labyrinth sealing apparatus concerning one Example of this invention, Comprising: It is a figure which shows embodiment which distribute | arranged multiple sealing fins on the sealing board | substrate. 本発明の一実施例にかかるラビリンスシール装置を示す図であって、スタッガードタイプのラビリンスシール装置に本発明を適用した実施形態を示す図である。It is a figure which shows the labyrinth sealing device concerning one Example of this invention, Comprising: It is a figure which shows embodiment which applied this invention to the staggered type labyrinth sealing device. 本発明の一実施例にかかるラビリンスシール装置を示す図であって、動翼の先端部のシール構造に本発明を適用した実施形態を示す図である。It is a figure which shows the labyrinth sealing device concerning one Example of this invention, Comprising: It is a figure which shows embodiment which applied this invention to the sealing structure of the front-end | tip part of a moving blade. 本発明の一実施例にかかるラビリンスシール装置を示す図であって、シール基板とロータの両方に快削性スペーサを配置したラビリンスシール装置に本発明を適用した実施形態を示す図である。It is a figure which shows the labyrinth sealing device concerning one Example of this invention, Comprising: It is a figure which shows embodiment which applied this invention to the labyrinth sealing device which has arrange | positioned the free-cutting spacer to both a sealing board | substrate and a rotor. 本発明の一実施例にかかるラビリンスシール装置を示す図であって、ホルダ内のシール基板面に溝と弾性体が備わる実施形態を示す図である。It is a figure which shows the labyrinth sealing device concerning one Example of this invention, Comprising: It is a figure which shows embodiment which a groove | channel and an elastic body are provided in the sealing substrate surface in a holder.

以下、本発明の実施例について、適宜図を用いて詳細に説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings as appropriate.

先ず、本発明が適用される回転機械の一例である蒸気タービンについて図1を用いて説明する。尚、蒸気タービンは基本的には上下対称の構造であり、図1においては上半分の概略を図示している。図1に示すように、蒸気タービン2は、複数の動翼2bが周方向に固定されるロータ2aと、ロータ2a及び動翼2bを内包するケーシング2dと、ケーシング2dにノズルダイヤフラム外輪3bを介して設けられる静翼2cを備えている。静翼2cの内側にはノズルダイヤフラム内輪3bが設けられている。動翼2bと静翼2cは、ロータ2aの軸方向に対して交互に配置され、タービン段落を形成する。蒸気タービン2においては、ロータ2a及び動翼2bなどは回転部であり、ケーシング2d,静翼2c,ノズルダイヤフラム内輪3b及びノズルダイヤフラム外輪3bなどは固定部である。   First, a steam turbine as an example of a rotating machine to which the present invention is applied will be described with reference to FIG. The steam turbine basically has a vertically symmetrical structure, and FIG. 1 schematically shows the upper half. As shown in FIG. 1, the steam turbine 2 includes a rotor 2a in which a plurality of moving blades 2b are fixed in the circumferential direction, a casing 2d that encloses the rotor 2a and the moving blades 2b, and a nozzle diaphragm outer ring 3b in the casing 2d. And a stationary blade 2c provided. A nozzle diaphragm inner ring 3b is provided inside the stationary blade 2c. The moving blade 2b and the stationary blade 2c are alternately arranged with respect to the axial direction of the rotor 2a to form a turbine stage. In the steam turbine 2, the rotor 2a, the moving blade 2b and the like are rotating parts, and the casing 2d, the stationary blade 2c, the nozzle diaphragm inner ring 3b, the nozzle diaphragm outer ring 3b and the like are fixed parts.

ボイラで発生した蒸気Stはケーシング2dに流入すると、静翼2cと動翼2bの間を交互に通りながら膨張し、ロータ2aを回転させる。そして、ロータ2aの最も下流に備わる動翼2b、すなわち最終段の動翼2bを通過した蒸気はケーシング2dの外部に排気される。   When the steam St generated in the boiler flows into the casing 2d, the steam St expands while alternately passing between the stationary blade 2c and the moving blade 2b, and rotates the rotor 2a. Then, the steam that has passed through the rotor blade 2b provided on the most downstream side of the rotor 2a, that is, the rotor blade 2b in the final stage is exhausted to the outside of the casing 2d.

このように構成される蒸気タービン2においては、ケーシング2dの内部を流れる蒸気Stで効率よく動翼2bに駆動力を伝えるため、回転部であるロータ2a及び動翼2bなどと、固定部であるケーシング2d及び静翼2cなどの間のシール性能を向上し、回転部と固定部の間に形成されるクリアランスから漏れる蒸気(漏れ蒸気)の量を抑制することが要求される。   In the steam turbine 2 configured in this way, the rotor 2a and the rotor blades 2b, which are rotating parts, are fixed parts in order to efficiently transmit the driving force to the rotor blades 2b with the steam St flowing inside the casing 2d. It is required to improve the sealing performance between the casing 2d and the stationary blade 2c and to suppress the amount of steam (leakage steam) leaking from the clearance formed between the rotating part and the fixed part.

例えば、ロータ2aと静翼2cの内側先端に備わるノズルダイヤフラム内輪3aの間には、ロータ2aの回転運動を許容するためのクリアランスが設けられている。このクリアランスは静翼2cに流入する蒸気Stの漏れ蒸気の原因ともなる。この漏れ蒸気の量を抑制するため、ノズルダイヤフラム内輪3aのロータ2a近傍には、一般にラビリンスシール装置3cなどのシール装置を備え、ロータ2aと静翼2cの間のクリアランスを小さくしてシール性能を向上し、漏れ蒸気の量を抑制している。   For example, a clearance is provided between the rotor 2a and the nozzle diaphragm inner ring 3a provided at the inner tip of the stationary blade 2c to allow rotational movement of the rotor 2a. This clearance also causes leakage steam of the steam St flowing into the stationary blade 2c. In order to suppress the amount of the leaked steam, a seal device such as a labyrinth seal device 3c is generally provided in the vicinity of the rotor 2a of the nozzle diaphragm inner ring 3a, and the clearance between the rotor 2a and the stationary blade 2c is reduced to improve the sealing performance. Improves and suppresses the amount of leaking steam.

このようなシール装置は、蒸気タービン2では、この他に、動翼2bの先端とケーシング2dとの間や、ロータ2aとグランド部8との間に設けられており、本発明はこれらのシール装置に適用できる。   In addition to this, in the steam turbine 2, such a sealing device is provided between the tip of the moving blade 2b and the casing 2d, or between the rotor 2a and the gland portion 8, and the present invention relates to these seals. Applicable to equipment.

ラビリンスシール装置においては、シールフィンとシールフィン対向部の隙間を変えることができない場合、蒸気の漏れを少なくするように隙間を小さく設定すると、シールフィンがシールフィン対向部と容易に接触するようになる。このような接触を生じた場合には摩耗により、シールフィンとシールフィン対向部の隙間が拡大して、漏れ量が増加し、シール性能が低下し、蒸気タービン効率が低下するという問題を生じる。特に蒸気タービン起動初期においては、ロータ一次共振速度通過や熱膨張など何らかの要因でロータに過大な振動を生じる場合やケーシングの急な熱変形などが生じる場合があり、これらの場合には、シールフィンとシールフィン対向部とが激しく接触する恐れがある。摩擦発熱によりロータの熱曲がりが生じれば過大な振動を生じる要因となり得る。過大な振動を生じた場合には、シールフィンが破損する場合もある。このためラビリンスシール装置はシールフィンとシールフィン対向部の隙間を変えることができるように構成している。   In the labyrinth seal device, if the gap between the seal fin and the seal fin facing part cannot be changed, the seal fin can easily come into contact with the seal fin facing part if the gap is set small so as to reduce the leakage of steam. Become. When such contact occurs, the gap between the seal fin and the seal fin facing portion is enlarged due to wear, and the amount of leakage is increased, the sealing performance is lowered, and the steam turbine efficiency is lowered. Especially in the initial stage of steam turbine startup, excessive vibration may occur in the rotor due to some factors such as passage of the primary resonance speed of the rotor and thermal expansion, and sudden thermal deformation of the casing may occur. There is a risk of severe contact between the seal fin facing part and the seal fin. If the rotor bends due to frictional heat generation, it can be a factor that causes excessive vibration. When excessive vibration occurs, the seal fin may be damaged. For this reason, the labyrinth seal device is configured such that the gap between the seal fin and the seal fin opposing portion can be changed.

本実施例では、蒸気圧を受ける受圧部と蒸気圧力に対抗するバネ部を備え、蒸気圧が低い場合には、シールフィンとシールフィン対向部との間の隙間が開き、蒸気圧が高い場合には、シールフィンとシールフィン対向部との間の隙間が閉じるように構成して、接触が生じ易い起動時には、シールフィンとシールフィン対向部を遠ざけて、定常運転状態では、シールフィンとシールフィン対向部を近づけ、起動時におけるシールフィンの摩耗を防止し、定常運転状態における漏れ損失を低減するようにしている。   In this embodiment, a pressure receiving portion that receives the vapor pressure and a spring portion that opposes the vapor pressure are provided. When the vapor pressure is low, a gap between the seal fin and the seal fin facing portion is opened, and the vapor pressure is high. In this case, the gap between the seal fin and the seal fin facing part is closed so that the seal fin and the seal fin facing part are kept away from each other at the start-up time when contact is likely to occur. The fin-facing portion is brought close to prevent wear of the seal fin at the time of startup, and leakage loss in a steady operation state is reduced.

シールフィンとシールフィン対向部の隙間を変える構成について、図2及び図3a,図3bを用いて詳細に説明する。図2は図1におけるX部の拡大図であり、本発明の実施例であるラビリンスシール装置の一例を示す。なお、図2においても、図1と同様に上半分の概略を図示している。本実施例では、ハイロー型のラビリンスシール装置を用いている。図3aはロータ軸方向から見たラビリンスシール装置の概略図であり、図3bは図3aにおけるY部(周方向に分割されたシール基板(シールフィン対向部)の一つとその周辺)の拡大概略図を示す。   A configuration for changing the gap between the seal fin and the seal fin opposing portion will be described in detail with reference to FIGS. 2, 3a, and 3b. FIG. 2 is an enlarged view of a portion X in FIG. 1, and shows an example of a labyrinth seal device that is an embodiment of the present invention. Note that FIG. 2 also shows the outline of the upper half in the same manner as in FIG. In this embodiment, a high-low labyrinth seal device is used. 3A is a schematic view of the labyrinth sealing device viewed from the rotor axial direction, and FIG. 3B is an enlarged schematic view of a Y portion (one of the circumferentially divided seal substrates (sealing fin facing portions) and its periphery) in FIG. 3A. The figure is shown.

図2に示すように、ハイロー型のラビリンスシール装置3cは、ロータ(回転部)2aの外周部に形成された複数のシールフィン2a1と、複数のハイ部3c3とその間に形成されるロー部3c4とから構成されるシールフィン対向部が設けられ、ノズルダイヤフラム内輪(固定部)3aに形成されたホルダ4に半径方向へ移動可能に嵌合されたシール基板3c1とにより構成されている。シール基板3c1のハイ部3c3とロー部3c4は、シールフィン2a1に対向して配置されている。本実施例では、シール基板3c1を介して固定部にシールフィン対向部が設けられ、回転部にシールフィンが設けられている。   As shown in FIG. 2, the high / low labyrinth seal device 3c includes a plurality of seal fins 2a1 formed on the outer peripheral portion of the rotor (rotating portion) 2a, a plurality of high portions 3c3, and a low portion 3c4 formed therebetween. And a seal substrate 3c1 that is fitted to a holder 4 formed on an inner ring (fixed portion) 3a of the nozzle diaphragm so as to be movable in the radial direction. The high portion 3c3 and the low portion 3c4 of the seal substrate 3c1 are disposed to face the seal fin 2a1. In this embodiment, the fixed portion is provided with the seal fin facing portion via the seal substrate 3c1, and the rotating portion is provided with the seal fin.

ホルダ4には、シール基板3c−1の外周側を収容し、蒸気通路口5より蒸気Stが導入される空間部(上流側蒸気の蒸気圧を受ける受圧部)が設けられている。   The holder 4 is provided with a space portion (a pressure receiving portion that receives the vapor pressure of the upstream-side vapor) that accommodates the outer peripheral side of the seal substrate 3c-1 and into which the vapor St is introduced from the vapor passage port 5.

図3a及び図3bに示すように、円弧状のシール基板(シールフィン対向部)3c1は周方向に複数個(本実施例では6個)分割されている。各シール基板3c1の周方向分割面には、図2および図3bに示すように、蒸気圧力に対抗する弾性体であるバネ6を設置している。バネ6は、一方のシール基板3c1の周方向分割面に固定して設けられており、対向する他方のシール基板3c1の周方向分割面に接するように設けられている。本実施例では周方向分割面にバネ6を1個設けているが、複数設けても良い。また、一つの周方向分割面間に複数のバネを設ける場合、固定側を変えて設けるようにしても良い。また、バネ6は交換可能なように周方向分割面に埋め込まれている。   As shown in FIGS. 3a and 3b, a plurality of arcuate seal substrates (sealing fin facing portions) 3c1 are divided in the circumferential direction (six in this embodiment). As shown in FIGS. 2 and 3b, a spring 6 that is an elastic body that opposes the vapor pressure is provided on the circumferential dividing surface of each seal substrate 3c1. The spring 6 is fixedly provided on the circumferentially divided surface of one seal substrate 3c1, and is provided so as to be in contact with the circumferentially divided surface of the other seal substrate 3c1. In this embodiment, one spring 6 is provided on the circumferential dividing surface, but a plurality of springs may be provided. Moreover, when providing a some spring between one circumferential direction division | segmentation surfaces, you may make it provide by changing a fixed side. Moreover, the spring 6 is embedded in the circumferential dividing surface so that it can be replaced.

バネ6は、シール基板3c1の周方向分割面に、シール基板3c1の周方向分割面間を周方向に押し開くような力を付与する。このため周方向分割面のバネ6の取り付け位置の周方向長さが増えるように、シール基板3c1は半径方向外向きに力を受ける。従って、半径方向移動可能に構成されたシール基板3c1はバネ6の力によりロータ2a側から遠ざかる方向へ移動する。   The spring 6 applies a force to the circumferentially divided surface of the seal substrate 3c1 so as to push open between the circumferentially divided surfaces of the seal substrate 3c1 in the circumferential direction. Therefore, the seal substrate 3c1 receives a force outward in the radial direction so that the circumferential length of the mounting position of the spring 6 on the circumferential dividing surface increases. Accordingly, the seal substrate 3c1 configured to be movable in the radial direction moves in a direction away from the rotor 2a side by the force of the spring 6.

蒸気通路口5より導入された蒸気Stの圧力が低い場合には、蒸気Stの圧力によるシール基板3c1をロータ2a側へ近接させようとする力より、周方向分割面間に設置されたバネ6によるシール基板3c1を半径方向外向きに押す力の方が大きく、半径方向移動可能に構成されたシール基板3c1はロータ2a側から遠い位置に保持される。   When the pressure of the steam St introduced from the steam passage port 5 is low, the spring 6 installed between the circumferential dividing surfaces is caused by the force to bring the seal substrate 3c1 close to the rotor 2a side due to the pressure of the steam St. The sealing substrate 3c1 configured to be movable in the radial direction is held at a position far from the rotor 2a.

蒸気通路口5より導入された蒸気Stの圧力が高い場合、蒸気Stの圧力によるシール基板3c1をロータ2a側へ近接させようとする力の方が、周方向分割面間に設置されたバネ6によるシール基板3c1を半径方向外向きに押す力よりも大きくなり、半径方向移動可能に構成されたシール基板3c1はロータ側に近接するように移動し、ロータ2aの外周部に形成された複数のシールフィン2a1と対向するシール基板3c1に備えられたハイ部3c3及びロー部3c4との隙間は小さくなる。これにより、蒸気の漏れ量は小さくなり、高い蒸気タービン効率を得ることが可能となる。尚、シールフィン2a1とハイ部3c3及びロー部3c4との最小隙間は、ノズルダイヤフラム内輪3aのホルダ4の空間内に位置するシール基板3c1の内周側がホルダ4の空間を規定する内径側(位置決めフランジ44)と接することにより規定される。   When the pressure of the steam St introduced from the steam passage port 5 is high, the force for bringing the seal substrate 3c1 close to the rotor 2a side due to the pressure of the steam St is the spring 6 installed between the circumferential division surfaces. The seal substrate 3c1 configured to be radially movable is larger than the force that pushes the seal substrate 3c1 outward in the radial direction, and the seal substrate 3c1 configured to be movable in the radial direction moves so as to be close to the rotor side. The gap between the high portion 3c3 and the low portion 3c4 provided in the seal substrate 3c1 facing the seal fin 2a1 is reduced. As a result, the amount of steam leakage is reduced, and high steam turbine efficiency can be obtained. The minimum gap between the seal fin 2a1 and the high portion 3c3 and the low portion 3c4 is the inner diameter side (positioning) where the inner peripheral side of the seal substrate 3c1 located in the holder 4 space of the nozzle diaphragm inner ring 3a defines the space of the holder 4 Defined by contact with flange 44).

起動時や定常運転時などの蒸気圧に応じて、バネ6を適切に選択して設置することにより、蒸気Stの圧力が低い場合、シールフィン2a1とハイ部3c3及びロー部3c4との間の隙間が開き、蒸気Stの圧力が高い場合、シールフィン2a1とハイ部3c3及びロー部3c4との間の隙間が小さくなり、蒸気Stの圧力の程度により隙間の開度を調整することが可能となる。このような構成のシール構造を用いることにより、立上げ初期の比較的低い蒸気圧で隙間を開いて蒸気タービンの安定した起動を可能とし、蒸気圧が高い定常運転時には隙間を小さくして漏れ蒸気の量を最小にでき、高い蒸気タービン効率を得ることが可能となる。   When the pressure of the steam St is low by appropriately selecting and installing the spring 6 according to the steam pressure at the time of start-up or steady operation, between the seal fin 2a1 and the high part 3c3 and the low part 3c4 When the gap is opened and the pressure of the steam St is high, the gap between the seal fin 2a1 and the high portion 3c3 and the low portion 3c4 becomes small, and the opening degree of the gap can be adjusted by the degree of the pressure of the steam St. Become. By using the seal structure having such a configuration, a gap is opened at a relatively low steam pressure at the initial stage of startup to enable a stable startup of the steam turbine. It is possible to minimize the amount of gas and to obtain high steam turbine efficiency.

本実施例では、さらに、ホルダ4の位置決めフランジ44に溝42が形成され、溝42には蒸気を封止もしくは漏れを抑止するリング状の弾性体41が設置されている。溝42はリング状の弾性体をホルダ内で位置決めする保持部となる。溝42は位置決めフランジ44に周方向に延びるように形成されている。即ち、ロータ軸方向から見た場合、円弧状に形成されている。リング状の弾性体41は、ホルダとシール基板とに間に周方向に延びるように設けられている。ロータ軸方向から見た場合、リング状の弾性体41は、円弧状に溝42内に配置されている。   In this embodiment, a groove 42 is further formed in the positioning flange 44 of the holder 4, and a ring-shaped elastic body 41 that seals steam or suppresses leakage is installed in the groove 42. The groove 42 serves as a holding portion for positioning the ring-shaped elastic body in the holder. The groove 42 is formed in the positioning flange 44 so as to extend in the circumferential direction. That is, it is formed in an arc shape when viewed from the rotor axial direction. The ring-shaped elastic body 41 is provided between the holder and the seal substrate so as to extend in the circumferential direction. When viewed from the rotor axial direction, the ring-shaped elastic body 41 is disposed in the groove 42 in an arc shape.

リング状の弾性体は、断面が、本実施例では開いたリング、即ち、「C」状になっているが、閉じたリングやアラビア数字の「3」のような形状でも良い。リング状の弾性体は、例えば、耐熱性を有するNi基超合金(INCONEL718やWASPALOYなど)用いて構成される。リング状の弾性体41は、押圧されたときにホルダ及びシール基板のそれぞれとの周方向の接触長さが増えるようになるため、蒸気を封止もしくは漏れを抑止することができる。   In the present embodiment, the ring-shaped elastic body has an open ring, that is, a “C” shape, but may be a closed ring or a shape like the Arabic numeral “3”. The ring-shaped elastic body is configured by using, for example, a heat-resistant Ni-base superalloy (INCONEL718, WASPALOY, etc.). When the ring-shaped elastic body 41 is pressed, the contact length in the circumferential direction with each of the holder and the seal substrate is increased, so that the steam can be sealed or leaked.

次にこのリング状の弾性体41の機能について詳細に説明する。   Next, the function of this ring-shaped elastic body 41 will be described in detail.

先ず、図4a及び図4bを用いて、ホルダ4とシール基板3c1との間の半径方向の摺動部の隙間の意義について説明する。   First, the significance of the clearance of the sliding portion in the radial direction between the holder 4 and the seal substrate 3c1 will be described with reference to FIGS. 4a and 4b.

図4aに示すように、ホルダ4とシール基板3c1との間の摺動部の隙間が小さい場合には、摺動部はほぼ面接触となり、蒸気漏れ量は極めて少ないものとなる。これにより、設定した蒸気圧力でシール基板が半径方向に移動させることができる。しかしながら、起動時には、徐徐に蒸気温度、圧力を増加させても、ロータやケーシングは均一温度には保てず、不均一温度分布が生じ、各部に不均一な熱膨張を生じやすいので、熱膨張により摺動部の接触圧力が大幅に増加し、摺動部にかじりが生じてシール基板の動作が不安定になる恐れがある。最悪の場合、焼付きを生じ、これによりシール基板の動作が不能になる事態もあり得る。蒸気タービン起動時に焼付きが生じた場合には、シールフィン先端の隙間が大きいままで固定し、十分な漏れ防止機能が得られず、蒸気タービン効率が低下してしまうことになる。蒸気タービン定常運転時にシール基板の半径方向動作が不能になった場合には、運転停止時に蒸気圧が下がってもシールフィン先端の隙間が開かず、シールフィンとシールフィン対向部が接触し損傷することがあり得る。これにより過大な損傷を起こすような場合には、補修が完了するまで起動が困難になるような、経済的に大きな不利益をもたらすような事態も生じ得る。   As shown in FIG. 4a, when the gap of the sliding portion between the holder 4 and the seal substrate 3c1 is small, the sliding portion is almost in surface contact, and the amount of steam leakage is extremely small. Thereby, the seal substrate can be moved in the radial direction with the set vapor pressure. However, at startup, even if the steam temperature and pressure are gradually increased, the rotor and casing cannot be kept at a uniform temperature, resulting in a non-uniform temperature distribution, which tends to cause non-uniform thermal expansion. As a result, the contact pressure of the sliding portion is greatly increased, and the sliding portion may be galling, which may cause the operation of the seal substrate to become unstable. In the worst case, seizure may occur, which may make it impossible to operate the seal substrate. If seizure occurs at the start of the steam turbine, it is fixed with the gap at the tip of the seal fin being large, and a sufficient leakage prevention function cannot be obtained, resulting in a decrease in steam turbine efficiency. If the radial operation of the seal substrate becomes impossible during normal operation of the steam turbine, the gap at the tip of the seal fin will not open even if the steam pressure drops when the operation is stopped, and the seal fin and the seal fin facing part will contact and be damaged. It can happen. In the case where excessive damage is caused by this, there may be a situation that causes a large economic disadvantage that it becomes difficult to start up until the repair is completed.

一方、ホルダ4とシール基板3c1間の摺動部の隙間が大きい場合には、次のように蒸気漏れが生ずる。即ち、図4bに示すように、ロータ2aとシール基板3c1間で、蒸気圧力は入り側(上流側)が高く出側(下流側)が低くなる不均一な圧力分布となる。ホルダ4とシール基板3c1間の摺動部の隙間が大きい場合には、この不均一な圧力分布によりシール基板3c1は傾くこととなる。   On the other hand, when the clearance between the holder 4 and the seal substrate 3c1 is large, steam leakage occurs as follows. That is, as shown in FIG. 4b, between the rotor 2a and the seal substrate 3c1, the steam pressure has a non-uniform pressure distribution that is high on the inlet side (upstream side) and low on the outlet side (downstream side). When the clearance between the holder 4 and the seal substrate 3c1 is large, the seal substrate 3c1 is inclined due to the uneven pressure distribution.

シール基板3c1は円弧状のリング形状を成しているため、シール基板3c1が傾くことにより、シール基板3c1の曲線(シール基板の上辺)とホルダの平面(ホルダの内壁面)との接触になり、結局摺動部は点接触となる。摺動部が点接触となるため、接触しない部分(円弧の中央部で点接触する場合には特に円弧の両端)から蒸気が漏れて、ホルダ内部(加圧室)の圧力が低下し、蒸気漏れが少ないと想定した設定蒸気圧力ではシール基板が動作しない恐れがある。即ち、シール片の安定した動作と動作タイミングを確保することが難しくなる。   Since the seal substrate 3c1 has an arc-shaped ring shape, when the seal substrate 3c1 is inclined, the curve of the seal substrate 3c1 (upper side of the seal substrate) comes into contact with the holder plane (inner wall surface of the holder). Eventually, the sliding part becomes a point contact. Since the sliding part is in point contact, steam leaks from the non-contact part (especially at both ends of the arc when making point contact at the center of the arc), the pressure inside the holder (pressure chamber) decreases, There is a possibility that the seal substrate does not operate at a set steam pressure that is assumed to have little leakage. That is, it is difficult to ensure stable operation and operation timing of the seal piece.

図5a及び図5bを用いて、本発明の実施例におけるリング状の弾性体41の機能について詳細に説明する。図5aは起動時初期の状態を説明する図であり、図5bは起動時後半の状態を説明する図である。本実施例では、摺動部にかじりが生じてシール基板の動作が不安定にならないように摺動部には隙間が設けられている。   The function of the ring-shaped elastic body 41 in the embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 5a and 5b. FIG. 5A is a diagram for explaining an initial state at the time of activation, and FIG. 5B is a diagram for explaining a state at the latter half of the activation. In this embodiment, a gap is provided in the sliding portion so that the sliding portion does not become unstable and the operation of the seal substrate does not become unstable.

蒸気通路口5より導入された蒸気Stの圧力が低い場合には、蒸気Stの圧力によるシール基板3c1をロータ2a側へ近接させようとする力より、バネ6によるシール基板3c1を半径方向外向きに押す力の方が大きく、半径方向移動可能に構成されたシール基板3c1はロータ2a側から遠い位置に保持される。   When the pressure of the steam St introduced from the steam passage port 5 is low, the seal substrate 3c1 by the spring 6 is directed outward in the radial direction by a force for bringing the seal substrate 3c1 close to the rotor 2a side due to the pressure of the steam St. The seal substrate 3c1 configured so as to be able to move in the radial direction is held at a position far from the rotor 2a side.

摺動部には隙間が設けられているので、上述したロータ2aとシール基板3c1間の不均一な圧力分布により、図5aに示すようにシール基板3c1は傾くことになる。このシール基板3c1は円弧状のリング形状を成しているため、上述したように、傾くことにより曲線と平面との接触になり、摺動部は点接触となる。しかし、本実施例では、図5aに示すように、ホルダ4の位置決めフランジ44上の溝42に、周方向に延びるように設けられたリング状の弾性体41が設置されているため、蒸気漏れは生じないか、生じても微量となる。即ち、リング状の弾性体41は、押圧されたときにホルダ及びシール基板のそれぞれとの周方向の接触長さが増えるようになるため、蒸気を封止もしくは漏れを抑止することができる。   Since a gap is provided in the sliding portion, the seal substrate 3c1 is inclined as shown in FIG. 5a due to the uneven pressure distribution between the rotor 2a and the seal substrate 3c1 described above. Since the seal substrate 3c1 has an arc-shaped ring shape, as described above, when the seal substrate 3c1 is tilted, it comes into contact with the curved line and the flat surface, and the sliding portion is in point contact. However, in this embodiment, as shown in FIG. 5a, the ring-shaped elastic body 41 provided in the groove 42 on the positioning flange 44 of the holder 4 is provided so as to extend in the circumferential direction. Does not occur or even if it occurs. That is, since the ring-shaped elastic body 41 increases the contact length in the circumferential direction with the holder and the seal substrate when pressed, it can seal or prevent leakage of steam.

蒸気通路口5より導入された蒸気Stの圧力が高い場合、蒸気Stの圧力によるシール基板3c1をロータ2a側へ近接させようとする力の方が、バネ6によるシール基板3c1を半径方向外向きに押す力よりも大きくなり、半径方向移動可能に構成されたシール基板3c1はロータ側に近接するように移動する。この時、図5bに示すように、リング状の弾性体41は圧縮され、ホルダ4の位置決めフランジ44上の溝42に格納されるため、シール基板3c1は位置決めフランジ44に接触するまでロータ側に近接するように移動する。即ち、ホルダ内のシール基板3c1の内周側が位置決めフランジ44と接することにより、ロータ2aの外周部に形成されたシールフィン2a1とシール基板3c1に備えられハイ部3c3及びロー部3c4との定常運転状態における最小隙間が確立する。   When the pressure of the steam St introduced from the steam passage port 5 is high, the force to bring the seal substrate 3c1 due to the pressure of the steam St closer to the rotor 2a side causes the seal substrate 3c1 by the spring 6 to face outward in the radial direction. The seal substrate 3c1 configured to be larger than the pressing force to be movable in the radial direction moves closer to the rotor side. At this time, as shown in FIG. 5 b, the ring-shaped elastic body 41 is compressed and stored in the groove 42 on the positioning flange 44 of the holder 4, so that the seal substrate 3 c 1 moves to the rotor side until it contacts the positioning flange 44. Move closer together. That is, when the inner peripheral side of the seal substrate 3c1 in the holder is in contact with the positioning flange 44, steady operation of the seal fins 2a1 formed on the outer periphery of the rotor 2a and the high portion 3c3 and the low portion 3c4 provided in the seal substrate 3c1. A minimum gap in the state is established.

したがって、本実施例のシール構造を用いることにより、蒸気タービン起動時の立上げ初期の比較的低い蒸気圧でシールフィン2a1とハイ部3c3とロー部3c4との間の隙間を開いて蒸気タービンの安定した起動を可能とし、蒸気圧が高い定常運転時にはシールフィン2a1とハイ部3c3とロー部3c4との間の隙間を小さくして、漏れ蒸気の量を最小にできる。すなわち、本実施例のシール構造を用いることにより、回転体との接触を生じ易い起動時には、シールフィンを回転体から遠ざけて、定常運転状態ではシールフィンを回転体に近づけ、起動時におけるシールフィンの摩耗が防止でき、定常運転状態における漏れ損失を最小にでき、高い蒸気タービン効率を得ることが可能となる。また、運転停止時にも回転体との接触を生じ易いが、運転停止時にも蒸気圧に応じてシールフィンを回転体から遠ざけることができるので、運転停止時におけるシールフィンの摩耗が防止できる。   Therefore, by using the seal structure of the present embodiment, the gaps between the seal fins 2a1, the high portion 3c3, and the low portion 3c4 are opened with a relatively low steam pressure at the start-up time when the steam turbine is started, and the steam turbine is Stable start-up is possible, and the gap between the seal fin 2a1, the high part 3c3, and the low part 3c4 can be reduced during steady operation where the vapor pressure is high, and the amount of leaked steam can be minimized. That is, by using the seal structure of the present embodiment, the seal fin is kept away from the rotating body at the time of start-up that easily causes contact with the rotating body, and the seal fin is brought close to the rotating body in the steady operation state, and the seal fin at the starting time Wear can be prevented, leakage loss in a steady operation state can be minimized, and high steam turbine efficiency can be obtained. Further, although it is easy to make contact with the rotating body even when the operation is stopped, the seal fin can be moved away from the rotating body according to the vapor pressure even when the operation is stopped, so that wear of the seal fin when the operation is stopped can be prevented.

そして、本実施例では、摺動部には隙間が設けられているので、シール基板のかじりや焼付きを防止でき、シール基板の安定な動作を確保することが可能となる。シール基板が半径方向の動作が不能にとならないので、例えば、運転停止時にシールフィン先端とシールフィン対向部との隙間を確実に大きくすることができ、シール部品が損傷するのを確実に防止することができる。   In this embodiment, since the gap is provided in the sliding portion, it is possible to prevent the seal substrate from being galled and seized, and to ensure a stable operation of the seal substrate. Since the seal substrate does not become inoperable in the radial direction, for example, when the operation is stopped, the gap between the seal fin tip and the seal fin-facing portion can be reliably increased, and the seal parts can be reliably prevented from being damaged. be able to.

さらに、本実施例では、摺動部に隙間が設けられているが、蒸気の漏れを少なくして、シール基板を安定して動作させることができる。即ち、シール基板3c1の動作は、バネ6のバネ力と、蒸気通路口5より蒸気Stが導入される空間部(上流側蒸気の蒸気圧を受ける受圧部)の圧力のバランスにより決まる。蒸気Stの圧力が低い場合、シールフィン2a1とハイ部3c3とロー部3c4との間の隙間が開き、蒸気Stの圧力が高い場合、シールフィン2a1とハイ部3c3とロー部3c4との間の隙間が小さくなる。すなわち、バネ6の強さなどを蒸気Stの圧力を考慮して適切に選択すれば、蒸気Stの圧力の程度により隙間の開度を調整することが可能となる。但し、ホルダ内の蒸気が漏れた場合には、蒸気Stが導入される空間部の圧力が低下し、想定したタイミング(蒸気タービンの運転状態)でシール基板が動作しないことになる。本実施例では、リング状の弾性体により蒸気漏れが抑制されるので、シール基板の安定した動作と設計した通りの動作タイミングを確保することができる。また、シール基板の摺動部の隙間から漏れを生じた場合の受圧室の圧力低下の計算は難しく、どの程度圧力低下するのかを求めるためには、種々の圧力条件や種々のシール基板の形状に応じて、多数の実験が必要となり多大な時間とコストを要することとなるが、本実施例のシール基板の構造によれば、そのような必要はない。また、本実施例では、シール基板3c1が位置決めフランジ44と接するまでのシール基板の動作を正確に想定することができる。シール基板の動作を正確に想定できるので、シール基板を安全に位置決めフランジ44まで移動させることができ、定常運転状態に至るまでの時間を短くすることも可能となる。   Further, in the present embodiment, the gap is provided in the sliding portion, but the leakage of steam can be reduced and the seal substrate can be operated stably. In other words, the operation of the seal substrate 3c1 is determined by the balance between the spring force of the spring 6 and the pressure of the space where the steam St is introduced from the steam passage port 5 (the pressure receiving part that receives the steam pressure of the upstream steam). When the pressure of the steam St is low, a gap between the seal fin 2a1, the high part 3c3, and the low part 3c4 is opened. When the pressure of the steam St is high, the gap between the seal fin 2a1, the high part 3c3, and the low part 3c4 The gap becomes smaller. That is, if the strength of the spring 6 is appropriately selected in consideration of the pressure of the steam St, the opening degree of the gap can be adjusted according to the degree of the pressure of the steam St. However, when the steam in the holder leaks, the pressure in the space into which the steam St is introduced decreases, and the seal substrate does not operate at an assumed timing (operation state of the steam turbine). In the present embodiment, since the steam leakage is suppressed by the ring-shaped elastic body, the stable operation of the seal substrate and the operation timing as designed can be ensured. In addition, it is difficult to calculate the pressure drop in the pressure receiving chamber when a leak occurs from the gap between the sliding parts of the seal substrate. In order to determine how much pressure is reduced, various pressure conditions and various seal substrate shapes are used. Accordingly, a large number of experiments are required, which requires a lot of time and cost. However, according to the structure of the seal substrate of this embodiment, such a need is not necessary. Further, in this embodiment, it is possible to accurately assume the operation of the seal substrate until the seal substrate 3c1 comes into contact with the positioning flange 44. Since the operation of the seal substrate can be accurately assumed, the seal substrate can be safely moved to the positioning flange 44, and the time until the steady operation state can be shortened.

図6を用いて本発明の他の実施例を説明する。本実施例では、上述の実施例(図2、図5a、図5b)と異なり、蒸気通路口5の位置を、ホルダ4とシール基板3c1(ホルダ4の半径方向内側に位置するシール基板の半径方向内側部分)との間に配置している。その他は、上述の実施例と同様であり、詳細な説明を省略する。   Another embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In the present embodiment, unlike the above-described embodiments (FIGS. 2, 5a, and 5b), the position of the steam passage port 5 is set to the holder 4 and the seal substrate 3c1 (the radius of the seal substrate positioned inside the holder 4 in the radial direction). (Inward direction part). Others are the same as the above-mentioned Example, and detailed description is abbreviate | omitted.

本実施例でも上述した実施例と同様な作用効果を得ることができる。本実施例では、ホルダ4に蒸気通路口5を形成する必要がないのでホルダ4の構成を簡易なものとすることができる。なお、本実施例では、上述の実施例よりも摺動部の隙間を大きくすることになるので、上述の実施例よりもリング状の弾性体を設置することによる効果が大きい。   In this embodiment, the same effects as those of the above-described embodiment can be obtained. In this embodiment, since it is not necessary to form the steam passage port 5 in the holder 4, the configuration of the holder 4 can be simplified. In this embodiment, since the gap of the sliding portion is made larger than that in the above-described embodiment, the effect of installing a ring-shaped elastic body is greater than that in the above-described embodiment.

図7を用いて本発明の他の実施例を説明する。本実施例では、上述の実施例(図2、図5a、図5b、図6)と異なり、溝42とリング状の弾性体41をシール基板3c1(シール基板の半径方向内側部分)上に配置している。その他は、上述の実施例(図2、図5a、図5b)と同様であり、詳細な説明を省略する。   Another embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In the present embodiment, unlike the above-described embodiments (FIGS. 2, 5a, 5b, and 6), the groove 42 and the ring-shaped elastic body 41 are arranged on the seal substrate 3c1 (the radially inner portion of the seal substrate). doing. Others are the same as the above-mentioned Example (FIG. 2, FIG. 5a, FIG. 5b), and detailed description is abbreviate | omitted.

本実施例でも上述した実施例と同様な作用効果を得ることができる。本実施例では、蒸気圧が低いときに、リング状の弾性体が圧縮されており、蒸気圧が高くなるにしたがいリング状の弾性体が伸びるようになっている。従って、特に起動時の初期(蒸気圧が一番低い時点)から、リング状の弾性体はシール基板及びホルダのそれぞれと周方向において確実に接触しているので、蒸気の漏れを確実に抑制することができ、シール基板の初期の動作が極めてスムーズになる。なお、本実施例は、図6に示す実施例にも適用することができる。   In this embodiment, the same effects as those of the above-described embodiment can be obtained. In this embodiment, when the vapor pressure is low, the ring-shaped elastic body is compressed, and as the vapor pressure increases, the ring-shaped elastic body expands. Therefore, since the ring-shaped elastic body is reliably in contact with the seal substrate and the holder in the circumferential direction, especially from the initial stage of startup (at the time when the vapor pressure is lowest), it is possible to reliably suppress vapor leakage. Therefore, the initial operation of the seal substrate becomes extremely smooth. This embodiment can also be applied to the embodiment shown in FIG.

図8を用いて本発明の他の実施例を説明する。本実施例では、上述の実施例(図2、図5a、図5b、図6、図7)と異なり、位置決めフランジ44上へ溝42とリング状の弾性体41を複数配置した例である。その他は、上述の実施例(図2、図5a、図5b)と同様であり、詳細な説明を省略する。   Another embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. This embodiment is an example in which a plurality of grooves 42 and ring-shaped elastic bodies 41 are arranged on the positioning flange 44, unlike the above-described embodiments (FIGS. 2, 5a, 5b, 6, and 7). Others are the same as the above-mentioned Example (FIG. 2, FIG. 5a, FIG. 5b), and detailed description is abbreviate | omitted.

本実施例でも上述した実施例と同様な作用効果を得ることができる。本実施例は、特に、シール基板3c1のネック部(ホルダの内部と外部を結ぶ部分)が小さい場合に有効である。   In this embodiment, the same effects as those of the above-described embodiment can be obtained. This embodiment is particularly effective when the neck portion (portion connecting the inside and the outside of the holder) of the seal substrate 3c1 is small.

図9を用いて本発明の他の実施例を説明する。本実施例は、図7の実施例と図8の実施例を組み合わせたものである。即ち、複数の溝42とリング状の弾性体41をシール基板3c1(シール基板の半径方向内側部分)上に配置している。その他は、上述の実施例(図2、図5a、図5b)と同様であり、詳細な説明を省略する。   Another embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. This embodiment is a combination of the embodiment of FIG. 7 and the embodiment of FIG. That is, the plurality of grooves 42 and the ring-shaped elastic body 41 are arranged on the seal substrate 3c1 (the radially inner portion of the seal substrate). Others are the same as the above-mentioned Example (FIG. 2, FIG. 5a, FIG. 5b), and detailed description is abbreviate | omitted.

本実施例でも上述した実施例と同様な作用効果を得ることができる。本実施例も、特に、シール基板3c1のネック部が小さい場合に有効である。   In this embodiment, the same effects as those of the above-described embodiment can be obtained. This embodiment is also effective particularly when the neck portion of the seal substrate 3c1 is small.

図10を用いて本発明の他の実施例を説明する。本実施例は、上述の実施例(図2、図5a、図5b、図6〜図9)と異なり、シール基板3c1にシールフィン3c2を設け、ロータ2aの外周部にシールフィン対向部(複数のハイ部2a3とロー部2a4)を設けている。その他は、上述の実施例(図2、図5a、図5b)と同様であり、詳細な説明を省略する。   Another embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. Unlike the above-described embodiments (FIGS. 2, 5a, 5b, and 6 to 9), the present embodiment is provided with seal fins 3c2 on the seal substrate 3c1, and seal fin facing portions (multiple portions) on the outer peripheral portion of the rotor 2a. High portion 2a3 and low portion 2a4). Others are the same as the above-mentioned Example (FIG. 2, FIG. 5a, FIG. 5b), and detailed description is abbreviate | omitted.

本実施例でも上述した実施例と同様な作用効果を得ることができる。なお、本実施例は、図6〜図9に示す実施例にも適用することができる。   In this embodiment, the same effects as those of the above-described embodiment can be obtained. The present embodiment can also be applied to the embodiments shown in FIGS.

上述の実施例では、いわゆる、ハイロータイプのラビリンスシール装置について説明したが、それ以外のラビリンスシール装置にも適用することができる。例えば、ラビリンスシール装置としては、スタッガード型のラビリンスシール装置がある。スタッガード型のラビリンスシール装置にも本発明を適用した実施例を図11に示す。   In the above-described embodiment, a so-called high / low type labyrinth seal device has been described, but the present invention can also be applied to other labyrinth seal devices. For example, as a labyrinth seal device, there is a staggered labyrinth seal device. FIG. 11 shows an embodiment in which the present invention is applied to a staggered labyrinth seal device.

ノズルダイヤフラム内輪3aのホルダ4には複数のシールフィン3c2を備えたシール基板3c1が半径方向へ移動可能に嵌合されている。シール基板3c1には、所定間隔で溝3c3が設けられ、この溝3c3にシールフィン3c2をコーキングして固定している。また、ロータ2aにも所定間隔で溝2a2が設けられ、この溝2a2にシールフィン2a1をコーキングして固定している。そして、シールフィン3c2とシールフィン2a1が、ロータ2aの軸方向に交互に重なり合うように配置されている。その他は、上述の実施例(図2、図5a、図5b)と同様であり、詳細な説明を省略する。   A seal substrate 3c1 having a plurality of seal fins 3c2 is fitted to the holder 4 of the nozzle diaphragm inner ring 3a so as to be movable in the radial direction. The seal substrate 3c1 is provided with grooves 3c3 at predetermined intervals, and seal fins 3c2 are caulked and fixed in the grooves 3c3. The rotor 2a is also provided with grooves 2a2 at predetermined intervals, and seal fins 2a1 are caulked and fixed in the grooves 2a2. The seal fins 3c2 and the seal fins 2a1 are arranged so as to alternately overlap in the axial direction of the rotor 2a. Others are the same as the above-mentioned Example (FIG. 2, FIG. 5a, FIG. 5b), and detailed description is abbreviate | omitted.

本実施例でも上述した実施例と同様な作用効果を得ることができる。本実施例では、シール基板3c1がロータ2aに近づくように動作することによって、シールフィン3c2とロータ2aとの間の隙間が小さくなり、また、シールフィン2a1の先端とシール基板3c1との間の隙間が小さくなり、蒸気の漏れ量がより小さくなる。なお、本実施例は、図6〜図9に示す実施例にも適用することができる。   In this embodiment, the same effects as those of the above-described embodiment can be obtained. In the present embodiment, the gap between the seal fin 3c2 and the rotor 2a is reduced by operating the seal substrate 3c1 closer to the rotor 2a, and the gap between the tip of the seal fin 2a1 and the seal substrate 3c1 is reduced. The gap becomes smaller and the amount of steam leakage becomes smaller. The present embodiment can also be applied to the embodiments shown in FIGS.

上述の各実施例では、静翼2cとロータ2aとの間に備わるラビリンスシール装置3cに本発明を適用した場合について説明したが、図1に示すように、動翼2bの先端や、グランド部8に設けられるラビリンスシール装置にも本発明を適用できる。動翼(回転部)の先端に設けられるラビリンスシール装置に本発明を適用した実施例を図12に示す。   In each of the above-described embodiments, the case where the present invention is applied to the labyrinth seal device 3c provided between the stationary blade 2c and the rotor 2a has been described. However, as shown in FIG. The present invention can also be applied to a labyrinth seal device provided in the apparatus 8. FIG. 12 shows an embodiment in which the present invention is applied to a labyrinth seal device provided at the tip of a moving blade (rotating part).

図12に示すように、動翼(回転部)2bの先端にシールフィン3b1、対向する側(固定部)に複数分割されたシールフィン対向部(シール基板3c1)を備えている。動翼2bの先端には、ノズルダイヤフラム外輪3b(若しくはケーシング2d)とのクリアランスを小さくするためのカバー2gが備わり、カバー2gにはシールフィン3b1が設置される。そして、ノズルダイヤフラム外輪3bには、カバー2gのシールフィン3b1に対向するようにハイ部とロー部が形成された半径方向へ移動可能なシール基板3c1が設置される。そして、シール基板3c1を周方向に押し開くような力を付与すべく周方向分割面にバネ6が設置される。その他は、上述の実施例(図2、図5a、図5b)と同様であり、詳細な説明を省略する。   As shown in FIG. 12, a seal fin 3b1 is provided at the tip of the moving blade (rotating part) 2b, and a plurality of seal fin facing parts (seal substrate 3c1) are provided on the opposite side (fixed part). The tip of the moving blade 2b is provided with a cover 2g for reducing the clearance with the nozzle diaphragm outer ring 3b (or casing 2d), and a seal fin 3b1 is provided on the cover 2g. The nozzle diaphragm outer ring 3b is provided with a radially movable seal substrate 3c1 formed with a high portion and a low portion so as to face the seal fins 3b1 of the cover 2g. And the spring 6 is installed in the circumferential direction division surface in order to give the force which pushes and opens the sealing substrate 3c1 in the circumferential direction. Others are the same as the above-mentioned Example (FIG. 2, FIG. 5a, FIG. 5b), and detailed description is abbreviate | omitted.

本実施例でも上述した実施例と同様な作用効果を得ることができる。なお、本実施例は、図6〜図11に示す実施例にも適用することができる。   In this embodiment, the same effects as those of the above-described embodiment can be obtained. The present embodiment can also be applied to the embodiments shown in FIGS.

その他、本発明は、ロータ上にアブレイダブル材などの快削性スペーサを配置するラビリンスシール構造や、シール基板にアブレイダブル材などの快削性スペーサを配置するラビリンスシール構造などに適用可能である。このような快削性スペーサを配置するラビリンスシール構造としては、特開2002-228013号公報や特開2003-65076号公報に記載されている。そして、このような構成ではシールフィン接触時にフィンが保護されるため、シールフィンの損傷が少なくなる。   In addition, the present invention can be applied to a labyrinth seal structure in which a free-cutting spacer such as an abradable material is arranged on a rotor, or a labyrinth seal structure in which a free-cutting spacer such as an abradable material is arranged on a seal substrate. It is. The labyrinth seal structure in which such a free-cutting spacer is arranged is described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-228013 and Japanese Patent Application Laid-Open No. 2003-65076. And in such a structure, since a fin is protected at the time of seal fin contact, damage to a seal fin decreases.

図13にシール基板とロータの両方に快削性スペーサを配置したラビリンスシール装置に本発明を適用した実施例を示す。シール基板3c1に形成したシールフィン3c2に対向し、ロータ2a上に快削性スペーサ9が配置されている。また、ロータ2a上に形成したシールフィン2a1に対向し、シール基板3c1に快削性スペーサ9が配置されている。そして、周方向に複数に分割されたシール基板3c1を周方向に押し開くような力を付与すべく周方向分割面にバネ6が設置されている。その他は、上述の実施例(図2、図5a、図5b)と同様であり、詳細な説明を省略する。   FIG. 13 shows an embodiment in which the present invention is applied to a labyrinth seal device in which free-cutting spacers are arranged on both the seal substrate and the rotor. A free-cutting spacer 9 is disposed on the rotor 2a so as to face the seal fins 3c2 formed on the seal substrate 3c1. Further, a free-cutting spacer 9 is disposed on the seal substrate 3c1 so as to face the seal fin 2a1 formed on the rotor 2a. And the spring 6 is installed in the circumferential direction division | segmentation surface in order to give the force which pushes open the sealing board | substrate 3c1 divided | segmented into the circumferential direction into the circumferential direction. Others are the same as the above-mentioned Example (FIG. 2, FIG. 5a, FIG. 5b), and detailed description is abbreviate | omitted.

本実施例でも上述した実施例と同様な作用効果を得ることができる。なお、本実施例は、上述のその他の実施例にも適用することができる。例えば、図12に示す動翼2bの先端などに設けられるラビリンスシール装置におけるシール基板3c1のシールフィンの対向面に快削性スペーサを設置する。   In this embodiment, the same effects as those of the above-described embodiment can be obtained. This embodiment can also be applied to the other embodiments described above. For example, a free-cutting spacer is installed on the surface facing the seal fin of the seal substrate 3c1 in the labyrinth seal device provided at the tip of the moving blade 2b shown in FIG.

また快削性スペーサの代わりに通気性スペーサを用いることが可能である。通気性スペーサを用いたシール装置としては、例えば、特開2009-138566号公報や特開2010-261351号公報に記載されている。このような構成では、シールフィン接触時に生じる発熱が冷却されるため、熱変形やロータの熱曲がりによる振動の発生が抑制できる。このような構成に本発明を適用することにより同様な効果を得ることができる。   A breathable spacer can be used instead of the free-cutting spacer. Examples of a sealing device using a breathable spacer are described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2009-138666 and Japanese Patent Application Laid-Open No. 2010-261351. In such a configuration, the heat generated when the seal fin contacts is cooled, so that the occurrence of vibration due to thermal deformation or thermal bending of the rotor can be suppressed. The same effect can be obtained by applying the present invention to such a configuration.

図14を用いて本発明の他の実施例を説明する。本実施例では、上述の実施例(図2、図5a、図5b)と異なり、シール基板3c1(ホルダ内のシール基板の位置決めフランジ44に対向する部分)へ溝42とリング状の弾性体41を配置した例である。その他は、上述の実施例(図2、図5a、図5b)と同様であり、詳細な説明を省略する。本実施例でも上述した実施例と同様な作用効果を得ることができる。   Another embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In the present embodiment, unlike the above-described embodiment (FIGS. 2, 5a, and 5b), the groove 42 and the ring-shaped elastic body 41 are formed in the seal substrate 3c1 (the portion facing the positioning flange 44 of the seal substrate in the holder). Is an example in which Others are the same as the above-mentioned Example (FIG. 2, FIG. 5a, FIG. 5b), and detailed description is abbreviate | omitted. In this embodiment, the same effects as those of the above-described embodiment can be obtained.

上述の各実施例では、シール基板を半径方向外向きに動作させるバネを、シール基板3c1の周方向分割面に設けているが、例えば、特許文献1に記載のように配置することもできる。   In each of the above-described embodiments, the spring that operates the seal substrate outward in the radial direction is provided on the circumferential dividing surface of the seal substrate 3c1, but may be arranged as described in Patent Document 1, for example.

また、上述の各実施例では、回転機械としては蒸気タービンを例にして説明したが、ガスタービンなどにも同様に適用することができる。   Further, in each of the above-described embodiments, the steam turbine is described as an example of the rotating machine, but the present invention can be similarly applied to a gas turbine or the like.

なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加,削除,置換をすることが可能である。   In addition, this invention is not limited to an above-described Example, Various modifications are included. For example, the above-described embodiments have been described in detail for easy understanding of the present invention, and are not necessarily limited to those having all the configurations described. Further, a part of the configuration of one embodiment can be replaced with the configuration of another embodiment, and the configuration of another embodiment can be added to the configuration of one embodiment. Moreover, it is possible to add, delete, and replace other configurations for a part of the configuration of each embodiment.

例えば、溝42とリング状の弾性体41を、位置決めフランジ44上及びシール基板3c1(シール基板の半径方向内側部分)上の双方に設置(図2と図7の組み合わせ)するようにしても良い。この場合、起動時の初期と後半の双方において確実に蒸気の漏れを少なくすることができる。   For example, the groove 42 and the ring-shaped elastic body 41 may be installed on both the positioning flange 44 and the seal substrate 3c1 (the inner portion in the radial direction of the seal substrate) (combination of FIGS. 2 and 7). . In this case, it is possible to reliably reduce steam leakage both in the initial stage and the latter half of the start-up.

2…蒸気タービン、2a…ロータ(回転部)、2a1,3c2…シールフィン、2b…動翼(回転部)、2c…静翼(固定部)、2d…ケーシング(固定部)、2g…カバー、3a…ノズルダイヤフラム内輪、3b…ノズルダイヤフラム外輪、3c…ラビリンスシール装置、3c1…シール基板、4…ホルダ、41…弾性体、42…溝、44…位置決めフランジ、St…蒸気、5…蒸気通路口、6…バネ、8…グランド部、9…快削性スペーサ(通気性を有する快削性スペーサ)。   2 ... steam turbine, 2a ... rotor (rotating part), 2a1, 3c2 ... seal fins, 2b ... moving blade (rotating part), 2c ... stationary blade (fixing part), 2d ... casing (fixing part), 2g ... cover, 3a ... Nozzle diaphragm inner ring, 3b ... Nozzle diaphragm outer ring, 3c ... Labyrinth seal device, 3c1 ... Seal substrate, 4 ... Holder, 41 ... Elastic body, 42 ... Groove, 44 ... Positioning flange, St ... Steam, 5 ... Steam passage port , 6 ... spring, 8 ... ground portion, 9 ... free-cutting spacer (a free-cutting spacer having air permeability).

Claims (9)

回転機械の回転部とその周囲に位置する固定部との間に設けられた回転機械のシール構造であって、
周方向に分割されて設けられ、シールフィン又はシールフィン対向部が設けられたシール基板と、
前記シール基板を前記固定部に対して半径方向に移動可能に支持し、回転機械の作動流体を内部に導入し、作動流体圧力により前記シール基板を前記回転部側へ動作させるホルダと、
前記分割されたシール基板に対して半径方向外向きの力を付与する弾性体と、
前記ホルダと前記シール基板とに間に周方向に延びるように設けられ、押圧されたときに前記ホルダ及び前記シール基板のそれぞれとの周方向の接触長さが増えるように構成され、前記ホルダ及び前記シール基板と周方向に線接触する弾性体と、
前記ホルダ又は前記シール基板に設けられ、前記周方向に延びる弾性体の位置決めを行う保持部を有し、
前記分割されたシール基板に対して半径方向外向きの力を付与する弾性体は、前記シール基板の周方向分割面に設けられたバネであり、
前記ホルダと前記シール基板との間に周方向に延びるように設けられた弾性体は、リング状の弾性体であり、
前記周方向に延びる弾性体の位置決めを行う保持部は、前記ホルダ又は前記シール基板に設けられた周方向に延びる溝であることを特徴とする回転機械のシール構造。
A rotary machine seal structure provided between a rotary part of a rotary machine and a fixed part located around the rotary part,
A seal substrate provided by being divided in the circumferential direction and provided with seal fins or seal fin facing portions;
A holder for supporting the seal substrate movably in the radial direction with respect to the fixed portion, introducing a working fluid of a rotating machine into the interior, and operating the seal substrate toward the rotating portion by a working fluid pressure;
An elastic body that applies a radially outward force to the divided seal substrate;
Said holder and said provided so as to extend in the circumferential direction between the and the seal substrate, constructed as a circumferential direction of the contact length of each of said holder and said seal substrate when it is pressed increases, the holder and An elastic body in line contact with the seal substrate in the circumferential direction ;
Provided on the holder or the sealing substrate, it has a holding portion for positioning of the elastic member extending in the circumferential direction,
The elastic body that applies a radially outward force to the divided seal substrate is a spring provided on a circumferential division surface of the seal substrate,
The elastic body provided to extend in the circumferential direction between the holder and the seal substrate is a ring-shaped elastic body,
The holding structure for positioning the elastic body extending in the circumferential direction is a groove extending in the circumferential direction provided in the holder or the seal substrate .
請求項において、
前記周方向に延びる溝は前記ホルダ又は前記シール基板に複数設置され、
前記リング状の弾性体は各溝に設置されていることを特徴とする回転機械のシール構造。
In claim 1 ,
A plurality of grooves extending in the circumferential direction are installed in the holder or the seal substrate,
A seal structure for a rotary machine, wherein the ring-shaped elastic body is installed in each groove.
請求項1において、前記固定部には前記シールフィンが設けられ、前記回転部には前記シールフィンと対向する位置にシールフィン対向部が設けられていることを特徴とする回転機械のシール構造。   The seal structure for a rotary machine according to claim 1, wherein the fixing portion is provided with the seal fin, and the rotating portion is provided with a seal fin facing portion at a position facing the seal fin. 請求項1において、前記固定部には前記シールフィン対向部が設けられ、前記回転部には前記シールフィン対向部と対向する位置にシールフィンが設けられていることを特徴とする回転機械のシール構造。   2. The seal for a rotary machine according to claim 1, wherein the fixed portion is provided with the seal fin facing portion, and the rotating portion is provided with a seal fin at a position facing the seal fin facing portion. Construction. 請求項1において、前記固定部には前記シールフィンが設けられ、前記回転部には前記シールフィンと共にスタッガードシール構造を構成するシールフィンが設けられていることを特徴とする回転機械のシール構造。   2. The sealing structure for a rotary machine according to claim 1, wherein the fixing portion is provided with the seal fin, and the rotating portion is provided with a seal fin constituting a staggered seal structure together with the seal fin. . 請求項1において、前記フィン対向部に快削性材によるスペーサを配したことを特徴とする回転機械のシール構造。   2. The sealing structure for a rotary machine according to claim 1, wherein a spacer made of a free-cutting material is disposed on the fin facing portion. 請求項1において、前記フィン対向部に通気性材によるスペーサを配したことを特徴とする回転機械のシール構造。   2. The sealing structure for a rotary machine according to claim 1, wherein a spacer made of a gas permeable material is disposed on the fin facing portion. 請求項1〜の何れかに記載の回転機械のシール構造を有する回転機械であって、
前記回転機械は蒸気タービンであり、
前記回転部はロータであり、
前記固定部は前記回転部を内包するケーシングに固定される静翼又は前記静翼と一体の部材であり、
前記回転機械のシール構造は、前記ロータと前記静翼又は前記静翼と一体の先端部との間に設けられていることを特徴とする回転機械。
A rotary machine having the rotary machine seal structure according to any one of claims 1 to 7 ,
The rotating machine is a steam turbine;
The rotating part is a rotor;
The fixed portion is a stationary blade fixed to a casing containing the rotating portion or a member integral with the stationary blade,
The rotary machine is characterized in that the seal structure of the rotary machine is provided between the rotor and the stationary blade or a tip portion integral with the stationary blade.
請求項1〜の何れかに記載の回転機械のシール構造を有する回転機械であって、
前記回転機械は蒸気タービンであり、
前記回転部はロータに備わる動翼又は前記動翼と一体の部材であり、
前記固定部は前記回転部を内包するケーシング又は前記ケーシングに固定される部材であり、
前記回転機械のシール構造は、前記動翼又は前記動翼と一体の部材の先端と前記ケーシング又は前記ケーシングに固定される部材との間に設けられていることを特徴とする回転機械。
A rotary machine having the rotary machine seal structure according to any one of claims 1 to 7 ,
The rotating machine is a steam turbine;
The rotating part is a moving blade provided in a rotor or a member integral with the moving blade,
The fixed portion is a casing containing the rotating portion or a member fixed to the casing,
The rotary machine is characterized in that the seal structure of the rotary machine is provided between the tip of the moving blade or a member integral with the moving blade and the casing or a member fixed to the casing.
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